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雷达液位计示值误差不确定度评定

发布:2022/4/22 11:05:48人气:678
1.概述
雷达液位计是一种应用数字树立技术的新型液位测量仪表,其原理是向测量液面发射电磁波,通过接收反射波,并把它与反射波作频率或时间差的数字处理,确定目标的存在和它到发射源的距离,具有与介质基本不接触,无可动部件、工作可靠、故障率低、适应范围广等特点。
雷达液位计发射出的电磁波经被测对象表面反射后再被接收,电磁波从发射到接收的时间与到液面的距离成正比,关系式如下:
D=CT/2
式中:D一雷达液位计到液面的距离;
C一光速;
T一电磁波运行时间。
雷达液位计工作时记录脉冲波经历的时间,而电磁波的传输速度为常数,即可算出液面到雷达天线的距离,从而得到当前液面的液位。
 
2.测量模型
在实验室对雷达液位计进行计量检定时,将被检液位计固定在雷达液位计检定装置上,调整液位计的位置确定零点。检定时,检定装置中的电机牵引标准遮挡板移动,装置中的激光测距仪显示当前标准板的位置,待遮挡板到达各检定点时关闭电机,测量此时雷达液位计的输出电流值,待所有检定点比较完毕后,取整个测量过程中示值误差ZUI大值作为该液位计的示值误差。检定过程如下图1所示。
雷达液位计是一种可以将测得的液位变量转换为可传送的统一信号的仪表,而且其输出信号与变量之间有一定的函数关系,通常为线性函数。统一输出的信号以电流信号为主,尤其以4mA~20mA zui为普遍。雷达液位计测量误差的测量模型为:
式中:△I一液位计的输出误差,mA;
I一液位计的输出电流值,mA;
Im一液位计的输出量程,mA;
L一液位计输入距离值,mm;
Lm一液位计输入量程,mm;
I0一液位计输入量程,mA。
输入距离值对液位计输出误差的灵敏系数为:
C=δ△l/△L=-Im/Lm
输出电流对液位计输出误差的灵敏系数为:
C=δ△l/△lm=1
 
3.不确定度来源
以测量范围为(0~2000)mm的雷达液位计为例,其准确度等级为0.25级,输出电流为(4~20)mA。测量时用标准液位计检定装置和直流电流表作为标准器,测量在实验室进行,因此不确定度来源有:
3.1标准液位计检定装置
标准液位计检定装置使用激光测距仪作为主标准器,该标准器经过天津市计量院校准,其扩展不确定度为a1=0.1mm,k=2,因此带来的标准不确定度分量为:
u(x1)=0.1/2=0.05mm
3.2直流电流表
直流电流表的ZUI大允许误差为±((0.02%读数+
2μA),u(x2)=6μA。
3.3测量重复性
对液位计进行三个循环的测量,再输入相同的距离值条件下,输出电流不尽相同,取平均值为测量结果。则标准不确定度(A类)可以用实验标准偏差来评估。按照规程要求,测量点应不少于5个,每个测量点均有6个读数,由此算出实验标准偏差,取ZUI大的。本例中s=2μA,u(x3)=s/√=0.82μA将不确定度来源分类列表如下表1所示:
3.4合成不确定度
由于各不确定度分量各不相关,则合成不确定度(y)为:
取k=2,则扩展不确定度为U=kuc=7.2μA
 
4.结论
JJG971-2002《液位计检定规程》中对检定用标准及配套设备提出了要求,其扩展不确定度应小于被检液位计ZUI大允许误差绝对值的1/4~1/5。达到这一要求即符合了JJF1059.1-2012中的要求:“在实际工作中,尤其是在法制计量领域中,被测量通过与相应的测量标准相比较获得其估计值。对于测量所要求的准确度来说,测量标准的不确定度及比较过程导致的不确定度,通常可以忽略不计。”在本例中,被检液位计的允许误差为
±0.040mA,而计算得到的扩展不确定度为7.2μA,符合上述要求。
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